close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Применение фрактальных структур в архитектуре. Тимиров Г.

код для вставкиСкачать
Тимиров Глеб, студент 2 курса специальности 270802 "Строительство и эксплуатация зданий и сооружений" руководитель Кислухина Е.Н. ГАОУ СПО Башкирский архитектурно-строительный колледж
Министерство образования Республики Башкортостан
Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Башкирский архитектурно-строительный колледж
III Международный конкурс исследовательских работ студентов среднего профессионального образования
Физико-математическое и информационно-технологическое направление
Исследовательская работа "Применение фрактальных структур в архитектуре"
Работу выполнил:
Тимиров Глеб,
2 курс, группа КМС - 21,
Специальность 270802: Строительство и эксплуатация зданий и сооружений"
Руководитель: Кислухина Евгения Николаевна, преподаватель математики
Уфа 2014
Введение
Математика, если на неё правильно посмотреть,
отражает не только истину, но и несравненную красоту.
Бертранд Рассел Актуальность. Когда-то большинству людей казалось, что геометрия в природе ограничивается такими простыми фигурами, как линия, круг, коническое сечение, многоугольник, сфера, квадратичная поверхность, а также их комбинациями. Однако многие природные системы настолько сложны и нерегулярны, что использование только знакомых объектов классической геометрии для их моделирования представляется безнадежным. Как, к примеру, построить модель горного хребта или кроны дерева в терминах геометрии? Как описать то многообразие биологических конфигураций, которое мы наблюдаем в мире растений и животных?
Фракталы - подходящие средства для исследования поставленных вопросов. Говорят, что фракталы "изъясняются" на языке природы. Они стали предметом изучения специальной области математики, фрактальной геометрии. Однако поскольку оказалось, что фракталы встречаются практически всюду, от физики и биологии до социологии и музыки, новая наука стала не только частью математики, но приобрела общенаучное значение. Она представила более адекватные средства для описания многих природных объектов и процессов. В результате произошли серьезные изменения во всем научном мировоззрении: от регулярных форм интересы ученых сместились к нерегулярным и беспорядочным.
Актуальность фрактальной геометрии для архитектуры очевидна, она нашла свое применение в компьютерном проектировании зданий и сооружений, в архитектурном формообразовании.
Гипотеза исследования. Фрактальная теория и архитектурно-градостроительные образования имеют много общего. Главное - общие принципы структурной организации.
Фрактальная теория помогает раскрыть специфику формообразования архитектуры жилой среды, выявить новые характеристики, адаптировать опыт зодчества прошлого в современном архитектурном и градостроительном проектировании. Цель моего исследования: выявление принципов применения фрактальных структур на всех уровнях организации жилой среды. Для достижения данной цели требуется решить задачи исследования: 1. определить сущность понятия "фрактал";
2. исследовать наличие фрактальных структур в композиционных решениях архитектурных объектов; 3. выявить основные принципы применения фрактальных структур в архитектуре жилой среды города Уфы.
Объект исследования - архитектура. Предмет исследования - признаки проявления фрактальности в построении композиции архитектурных объектов (на примере жилой среды города Уфы). Методика исследования основана на комплексном анализе и включает: 1. теоретические и графоаналитические методы анализа проявления фрактальных моделей в памятниках архитектуры и применения фрактальных закономерностей в архитектуре и градостроительстве; 2. изучение текстового, графического и иллюстративного материала российских и зарубежных источников по архитектурно-строительным проблемам, включая периодическую печать; 3. математический и статистический методы исследования. Практическая значимость работы обосновывается тем, что для меня архитектура будет частью моей работы, а исследование, по моему убеждению, расширяет научное знание о фрактальной архитектуре, ее истоках, принципах формирования, методах и приемах, что может быть использовано в профессиональной деятельности современной проектной практике.
С общим замыслом работы связана структура разделов.
Основная часть состоит из трех глав. В первой рассмотрено определение фракталов. Во второй главе освещены основные типы фрактальной архитектуры и применение их в архитектурных сооружениях прошлого и настоящего. В третьем разделе представлена фрактальная модель построения архитектурно-пространственной среды города с позиции характерных свойств фракталов.
Фракталы
Фрактал (от латинского fractus, означающего "сломанный, разбитый") - термин, означающий геометрическую фигуру, обладающую свойством самоподобия, то есть составленную из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком.
Следует отметить, что слово "фрактал" не является математическим термином и не имеет общепринятого строгого математического определения. Оно может употребляться, когда рассматриваемая фигура обладает какими-либо из перечисленных ниже свойств:
* самоподобие (иерархический принцип организации);
* нерегулярность (принцип неопределенности границ);
* способность к саморазвитию (принцип непрерывности формообразования);
* дробная метрическая размерность.
Практическая часть
2. Фракталы в архитектуре
Фрактальная архитектура делится на два типа: искусственно созданная и естественно сложившаяся. В свою очередь, искусственно созданная фрактальная архитектура бывает интуитивной и сознательной.
2.1 Интуитивно созданная фрактальная архитектура
Под интуитивной фрактальностью подразумевается структура многих шедевров мировой архитектуры прошлого, в которых архитектор или строители неосознанно использовали фрактальные принципы. Применение фрактальной геометрии происходило лишь на уровне источника вдохновения для создания нового объекта. При этом фракталоподобные формы представлены в сооружениях разных эпох и народностей, отражают различные алгоритмы формообразования. Авторы этих произведений обладали талантом, высоким уровнем профессионализма и творческой интуицией. В приложении 1 приводится ряд примеров фрактальных форм в архитектуре. Это самоподобие форм в архитектуре зданий индийских храмов; фрактальные прообразы и архитектура фасадов готических соборов Средневековья; спиральный декор куполов многоглавых церквей; металлические узоры оград и решеток, произведения декоративно-прикладного искусства.
2.2 Сознательно созданная фрактальная архитектура
После появления книг Б. Мандельброта использование фрактальных алгоритмов в архитектурном морфогенезе становится осознанным. Архитектор намеренно закладывал в основу проекта сформулированные математиками фрактальные принципы, переосмысливая и творчески интерпретируя их. Примерами такого проектирования могут послужить работы Питера Эйзенмана, Чарльза Дженкса и др. В приложении 2 современные примеры сооружений, сочетающих функциональность, технологичность, экологичность и образное решение с интересным архитектурным решением, отражающим фрактальные формы, причем сознательно и целенаправленно
2.3 Естественно сложившаяся фрактальная архитектура
Говоря о естественной фрактальности, следует отметить, что речь идет не только об отдельных зданиях, но и о взаимосвязях их конкретных комбинаций, об улицах, кварталах и других городских пространствах, которые сливаются в единый организм и отражают "душу" города. Ход этого процесса нельзя жестко запрограммировать, но возможно выявить тенденции его развития. Методы внедрения новых объектов в историческую среду находятся в прямой зависимости от конкретного города и целей преобразования. Увеличение темпов городского строительства, растущий уровень технической оснащенности, укрепление экономических и культурных позиций - всё это непременно присутствует в развивающемся мегаполисе, каким и является Уфа. Архитектура, начиная с фрагментов, деталей и заканчивая пространством города в целом - это система, обладающая фрактальными свойствами, которые нельзя не учитывать при реконструкции исторической среды и проектировании новых объектов внутри неё.
3. Фрактальность городской среды Уфы
Проанализировав архитектуру своего города, я увидел, что фрактальность характерна и для Уфы (смотрите приложение 3). ( Простейшей и наиболее общей трехмерной фрактальной моделью далеко не красивых типовых зданий - коробок может служить "губка" Менгера. В самой общей форме можно сказать, что прямоугольники окон подобны целому прямоугольному зданию, а параллелепипеды внутренних помещений - всей "коробке" здания. Несомненно, даже самый примитивный панельный дом построен не в точности по алгоритму "губки" Менгера, однако фрактальная геометрия включает объекты, повторяемые в разном масштабе элемент, который может быть дополнительно деформирован, изменен в соответствии с мультифрактальной программой построения. ( Архитектурный декор, узоры орнаментов решеток и оград города нередко напоминают нелинейные фракталы.
( Алгоритм Серпинского (так называемая салфетка Серпинского, построенная в данном случае из квадратов) на первых этапах построения дает прообраз такого культового сооружения, как колокольня церкви Рождества Пресвятой Богородицы.
Однако применение фрактальных структур возможно на всех уровнях организации жилой среды.
( Современный мегаполис породил особые фрактальные образования - гипермаркеты, которые выстраивают внутри себя социокультурное пространство, на семиотическом уровне эквивалентное самому городу или даже в некоторых случаях превосходящее его. Если традиционный местный магазинчик до середины ХХ века может быть описан социокультурной метафорой "кладовая", универмаг и супермаркет - "дом", то гипермаркет - это "город" или "город-государство", в котором есть всё: от аптеки, салона красоты, до центра связи и банка. Семейный торговый центр "Мега", в котором соседствуют бутики самых разных иностранных брендов, а также пальмы в зонах отдыха и лед крытого катка, не только демонстрируют мировую модель глобальной культуры, но и воспроизводит географическую модель планетарного масштаба.
( Компания RODEX GROUP разработала проект застройки коттеджами Чесноковки. Предполагается, что клубный поселок площадью в 84 га расположится вдоль трассы Уфа - Аэропорт. Фирма представила жилой конгломерат в виде курая, где отчетливо прослеживается фрактальность объекта.
Фрактальные структуры характерны для планировки и застройки городов. Рассмотрим фрактальную модель построения архитектурно-пространственной среды Уфы с позиции характерных свойств фракталов.
Самоподобие и иерархический принцип организации проявляется в подчиненности отдельных элементов целому (здание - кварталу, улица - району, район - городу), сложной пространственной форме, имеющей различные уровни пространственной организации в разных масштабах. Рассматривая план города во все большем масштабе, можно видеть (открывать) новые подробности пространственной организации, транспортной сети, социального, архитектурно-художественного и эстетического характера. Меняя точку обзора, поднимаясь (на высоту), можно расширить объемное представление (вид) городского пространства (панораму), открыть новые видовые горизонты.
Непрерывность развития городской среды отражает такое свойство фрактальных структур как способность к развитию. Градостроительство, формирование городской инфраструктуры, архитектурная практика несомненно входят в число существенных компонент, непосредственно влияющих на искусственную среду обитания человека и определяющих урбанизированный ландшафт, включающий различные объекты с разным функциональным назначением. Многофункциональность и динамизм городской среды определяют непрерывность градостроительного процесса, решающего задачи проектирования и развития городской среды на основе осмысления социально-экологических проблем и отношений и выработанных принципов формирования городского ландшафта. Это согласуется с принципом непрерывности формообразования фрактальных структур и отражает незавершенность (во времени) пространственного представления городской среды.
Подход к процессу проектирования является, в сущности, фрактальным (отражает принцип динамического хаоса). В сценарии проектирования архитектор существует "внутри" проекта и не может в точности знать, как будут развиваться события. Осуществляя такой сценарий, архитектор открывает новые подробности реальности и, реагируя на это, непрерывно изобретает новые подходы, варьирует возможные комбинации - ведет поиск оптимальных решений проектной задачи во взаимодействии с окружающей средой с конкретной привязкой: "здесь и сейчас". Сложная пространственная организация фрактальных структур, количественно измеряемая дробной размерностью, проявляется в таком свойстве построения фрактальной модели среды города как дисперсия формообразующих ее элементов (определяющей меру их рассеивания внутри городского пространства).
Заключение.
Архитектура, начиная с фрагментов, деталей и заканчивая пространством города в целом - это система, обладающая фрактальными свойствами. Фрактальные структуры обнаружены в архитектуре на различных этапах ее развития. Ранним этапам свойственны преимущественно геометрические формы фракталов, поздним - синтез природных и геометрических форм.
Основными свойствами фрактальных структур в архитектуре можно считать самоподобие или иерархичность (многослойность), способность к развитию и непрерывному движению, дробную размерность, принадлежность одновременно к хаосу и порядку.
Применение теории фрактальности можно рассматривать как важнейшее средство изучения архитектуры и инструмента композиционного анализа архитектурных объектов. Для разных типов архитектурных сооружений можно найти фрактальный аналог, двумерный или трехмерный, и тем самым выявить их фрактальный алгоритм. Архитектура фракталов представляется неким переходом на иной язык архитектурной формы. Создаются выразительные и логически структурированные пространственные объекты. Принцип фрактальности задает единый принцип организации среды. Вообще, как справедливо указывает З. Сардар, английский исследователь межкультурных отношений, "города имеют четко выраженную фрактальную структуру, в том смысле, что их функциям свойственно самоподобие на уровне многих порядков и масштабов". Действительно, в городе иерархически "вложенные" территории административного деления и соответствующие им муниципальные органы управления, кварталы, уличные, транспортные, энергетические, информационные городские сети, а также плотность населения и другие демографические и социологические характеристики оказываются фракталами разной степени сложности.
Информационное обеспечение
1. Дженкс Ч. Новая парадигма в архитектуре [Электронный ресурс] / Ч. Дженкс, пер. с англ. А. Ложкин, С. Ситар // Радизайн. - 2005-2008. - URL: http://cih.ru/ae/ad37.html
2. Добрицина И.А. От постмодернизма к нелинейной архитектуре. - М.: Прогресс- традиция, 2012. - 416 с.
3. Исаева В.В. Фрактальность природных и архитектурных форм / В.В.Исаева, Н.В.Касьянов // Культура. Вестник ДВО РАН, 2006. - № 5. - С.119-127.
4. Каган М. С. Методологические принципы построения современной онтологии [Электронный ресурс] / М. С. Каган // Сайт С. П. Курдюмова: синергетика. - 2010. - URL: http://spkurdyumov.narod.ru/Cagan5.htm
5. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы / Б. Мандельброт. - М.: Ин-т компьютерных исслед., 2012. - 856 с.
6. Шубенков М. В. Структурные закономерности архитектурного формообразования / М. В. Шубенков. - М.: Архитектура - С, 2009. - 320 с.: ил.
7. http://ru.wikipedia.org/wiki
8. http://www.fractals.narod.ru/tips.htm Приложение 1 Интуитивно созданная фрактальная архитектура
Сооружения с элементами фрактала "Салфетка Серпинского"
1. Эйфелева башня (1889 год) - замечательное творение конструктора Гюстафа Эйфеля. Это самая известная архитектурная достопримечательность Парижа, известная как символ Франции, воздвигнутая на Марсовом поле.
2. Собор Василия Блаженного (1561 год) - православный храм, расположенный на Красной площади Китай-города в Москве. Широко известный памятник русской архитектуры. Расположение и размеры куполов многоглавых церквей, условно показанные в одной плоскости плана с осевой симметрией, также имеют прообразом фрактальную структуру.
Сооружения с повторяющимися в разном масштабе самоподобных форм
Замок Кастель-дель-Монте, Италия (построен по собственному проекту императором Священной Римской империи Фридрихом II, 1240 -1250 годы), представляет в плане правильный восьмиугольник, к вершинам которого пристроены восемь башен, также имеющих в плане форму правильных восьмиугольников.
План замка
Приложение 2. Сознательно созданная фрактальная архитектура
Проект Чарльза Дженкса "Сад космических спекуляций" (Дамфрисе, Шотландия). Структура проекта содержит в себе научные факты и теории о создании, развитии и устройстве Вселенной, которая в свою очередь показана с помощью фрактального свойства многослойности в различных масштабах. Приложение 3 Фрактальность городской среды Уфы
"Губка" Менгера и типовые здания Уфы
Губка Менгера - геометрический фрактал, один из трёхмерных аналогов квадрата Серпинского.
Проект застройки коттеджами Чесноковки. Компания RODEX GROUP 11
Автор
nat.urazmetova
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
1 246
Размер файла
1 195 Кб
Теги
структура, архитектура, фрактальная, применению
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа